高熵合金涂层的研究进展

高熵合金涂层表现出比传统涂层更优良的综合性能,具有深入的研究价值。概述了近年来有关高熵合金涂层的研究进展,首先总结了高熵合金涂层的制备工艺(磁控溅射技术、热喷涂技术和激光熔覆技术等),分析了各制备工艺的优缺点,而后进一步分析研究者们如何通过元素、微观结构和制备工艺等方面优化高熵合金涂层性能。此外,就高熵合金涂层在工业上的应用前景和研究方向进行展望。     

激光熔覆AlxNbMn2FeMoTi0.5高熵合金涂层的组织与性能

使用激光熔覆技术在Q235钢基体上制备Al_xNbMn₂FeMoTi_0.5高熵合金涂层,期望借此提高干切削技术适用刀具表层的硬度和耐磨性。经过初步筛选之后,主要研究了Al_xNbMn₂FeMoTi_0.5(x=1、1.5、2)高熵合金涂层体系,并采用XRD和3D激光扫描成像等手段分析了不同Al含量的Al_xNbMn₂FeMoTi_0.5合金涂层的晶相结构、显微组织和具体元素分布。结果显示,对于Al_xNbMn₂FeMoTi_0.5高熵合金涂层,随着Al含量的增加,涂层的相结构由单一的BCC相逐渐转变为双相BCC结构,晶粒逐渐细化。当x=2时,Al_xNbMn₂FeMoTi_0.5高熵合金涂层硬度最高,平均为1089.6 HV0.3,大约为基材的5倍,且其具有最优的耐磨损性能。x=1.5时,Al_xNbMn₂FeMoTi_0.5高熵合金涂层的自腐蚀电位最高,自腐蚀电流密度最小,耐腐蚀性最好。     

等离子熔覆制备高熵合金涂层耐腐蚀性能的研究进展

高熵合金涂层具有易于制备、结构简单和综合性能优良等特点,成为高熵合金领域的研究热点.为探究等离子熔覆制备高熵合金涂层的腐蚀行为,本文阐述了近年有关高熵合金涂层典型制备方法、特点及利用等离子熔覆制备高熵合金涂层的优势.总结了等离子熔覆制备高熵合金涂层耐腐蚀性能的国内外研究进展.重点综述了高熵合金涂层的微观组织、相组成和合...     

激光熔覆FeCrNiCoMnBx高熵合金涂层的组织结构与性能

采用激光熔覆技术制备FeCrNiCoMnB_x高熵合金涂层,研究了硼含量对激光熔覆FeCrNiCoMnB_x高熵合金涂层的组织结构、硬度和摩擦磨损性能的影响,以及硼化物中层错形成机制。结果表明:涂层均由简单fcc结构固溶体和硼化物两相组成。当硼含量x≤0.75时,生成的硼化物以(Cr,Fe)_2B相为主;而当硼含量x=1时,生成大量的(Fe,Cr)_2B相。随着硼含量的增加,涂层中的硼化物含量增加,硬度增大,耐磨性能增强。硼化物(Fe,Cr)_2B相在(110)面存在大量堆垛层错。硼化物中的层错是(Fe,Cr)_2B相通过(110)面的层错(滑移距离为1/4[111])方式而向(Cr,Fe)_2B相转变而产生。     

HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层在模拟海水钻井液中的腐蚀和磨损性能研究

目的 提高钻具关键易损零部件在海洋钻探实际应用中的耐腐蚀和磨损性能。方法 采用超音速火焰喷涂技术（HVOF）制备Al CoCrFeNi高熵合金涂层。使用电化学工作站对涂层和35CrMo钢基体（常用的钻具材料）进行电化学测试,电化学测试包括动电位极化曲线测试和电化学阻抗谱（EIS）测试。采用摩擦磨损试验机对涂层在模拟海水钻井液中不同载荷和不同滑动速度下的磨损行为进行研究。采用扫描电子显微镜及X射线能谱仪对磨痕表面微观形貌及成分进行分析,利用三维白光干涉形貌仪测量涂层的磨痕三维形貌及磨损体积。结果 HVOF喷涂Al Co Cr Fe Ni高熵合金涂层在模拟海水钻井液中的耐腐蚀性优于35CrMo钢基体,可以起到有效的腐蚀防护作用。相同条件下,Al CoCrFeNi高熵合金涂层的耐磨性优于35CrMo钢基体。在滑动摩擦磨损过程中,随着载荷及滑动速度的增大,涂层的平均摩擦系数和磨损率均增大,且涂层的磨粒磨损程度加重。当载荷为6 N时,涂层发生疲劳磨损;当滑动速度为0.15 m/s时,涂层出现粘着磨损。模拟海水钻井液对涂层磨损性能的影响可以分为2个方面。一方面可以起到润滑作用,模拟海水钻井液显著改...     

TiC增强高熵合金复合涂层的显微组织与摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术在Q235钢表面制备了AlCoCrFeNi高熵合金涂层和AlCoCrFeNi-TiC复合涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)表征了两种涂层的相结构和显微组织,采用维氏硬度计以及摩擦磨损试验测试了涂层的硬度和摩擦磨损性能,研究了 TiC对AlCoCrFeNi高熵合金涂...     

高熵合金涂层研究进展

制备各类涂层对材料表面进行强化是提高材料服役性能的重要途径,可根据服役环境要求,在不影响基体性能的前提下,通过调控工艺改变涂层成分、组织结构,从而改善其性能,延长部件的使用寿命.高熵合金及其涂层是近年来材料领域的研究热点,具有优异的强度、韧性、耐蚀性、耐磨性等特点,在表面工程领域的应用发展迅速.通过设计不同体系的高熵合...     

熔覆电流对CoCrFeNiMo高熵合金涂层组织与耐磨性的影响

为了探索制备工艺对高熵合金涂层组织与性能的影响,利用氩弧熔覆方法在Q235钢表面制备了等摩尔比CoCrFeNiMo高熵合金涂层.采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等研究了涂层的组织形貌及物相,采用显微硬度计和摩擦磨损试验机分析了涂层的硬度和耐磨性.结果 表明:采用氩弧熔...     

钛合金表面激光熔覆AlBxCoCrNiTi高熵合金涂层的组织与性能

目的研究AlB_xCoCrNiTi(x=0、0.5、1)高熵合金涂层的组织及性能,提高钛合金表面硬度及耐磨性。方法采用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备出AlB_xCoCrNiTi高熵合金涂层,运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)等材料分析手段,研究了B含量对高熵合金涂层形貌、组织结构、成分的影响,并采用维氏硬度计以及摩擦磨损试验检测了熔覆涂层的硬度和耐磨性能。结果高熵合金涂层与基体的整体结合形貌良好。未添加B的高熵合金涂层主要由BCC相和晶体结构类似(Co,Ni)Ti_2相组成。随着B的加入,高熵合金涂层的晶粒得到细化,BCC相含量增加,(Co,Ni)Ti_2相含量有所减少,且熔覆层原位生成了TiB_2硬质相,TiB_2硬质相含量随B含量的增加而增加。熔覆涂层的硬度和耐磨性与B含量呈正相关关系,AlB_1CoCrNiTi高熵合金涂层的平均显微硬度最大,为814HV,且AlB_1CoCrNiTi高熵合金涂层的磨损量最小,其耐磨性约为未添加B的高熵合金涂层的7倍。结论 B含量的增加,有助于改善AlB_xCoCrNiTi高熵合金涂层的摩擦学性能,AlB_xCoCrNiTi高熵合金涂层有效提高了钛合金表面的硬度及耐磨性能。     

冷喷涂辅助原位合成FeCoxCrAlCu高熵合金涂层组织性能研究

利用冷喷涂辅助原位合成高熵合金涂层的方法,在45_^#钢基体表面成功制备出不同Co含量的FeCo_xCrAlCu(x=0,0.5,1,1.5,2)高熵合金涂层。通过XRD、SEM、EDS、TEM、显微硬度计、磨料磨损试验机、电化学工作站等设备,检测分析了Co含量的变化对合金涂层相结构、显微组织,硬度、耐磨性及耐腐蚀性的影响。结果表明：合金涂层是由简单的FCC+BCC双相混合结构组成,Co含量的改变对涂层相组织的数量影响不大;随着Co含量的增加,合金涂层中显微组织的枝晶数目增加,并且得到明显粗化,通过面扫得显微组织中枝晶内富集Fe,Cr,Co元素,枝晶间富集Cu元素,Al均匀的分布在整个涂层中;随着Co含量的增加,硬度先增加后减小,在Co=1时合金涂层硬度达到最大为555.6HV;合金涂层中最小的摩擦系数为0.361;在3.5wt.%NaCl腐蚀介质中,合金涂层相比与45_^#钢基体具有较正的自腐蚀电位(E_corr=-0.325V),说明涂层耐腐蚀性比基体好。     

Effect of carbon fiber on microstructure evolution and surface properties of FeCoCrNiCu high-entropy alloy coatings

FeCoCrNiCu and C_f/FeCoCrNiCu high-entropy alloy coatings are prepared by laser cladding to study the effects of carbon fiber on the microstructure and surface properties of the FeCoCrNiCu alloy. It is found that the addition of carbon fiber has little effect on the phase structure of the FeCoCrNiCu alloy coating. However, an interesting finding is that the addition of carbon fiber could decrease the segregation of Cu-element along the grain boundaries in the FeCoCrNiCu coating. In addition, the addition of carbon fiber can significantly improve the corrosion resistance of the FeCoCrNiCu alloy coating. It can also reduce the intergranular corrosion in the coating. Moreover, the addition of carbon fiber has positive effects on the improvement in the hardness and wear resistance of the high-entropy alloys (HEAs) coatings. The decreased segregation of Cu-element along the grain boundaries is mainly attributed to the significant improvement in surface properties of the HEA coatings.     

退火温度对AlCrMnFeNiCu0.8高熵合金组织与耐蚀性能的影响

采用真空电弧熔炼法制备了AlCrMnFeNiCu_0.8高熵合金,并在200、400、600、800 ℃下进行真空退火处理4 h,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)表征了合金的组织和晶体结构,使用标准三电极系统CHI660D电化学工作站分析了合金的耐蚀性能。结果表明,合金的微观组织表现为富Cu区和贫Cu区,主要由Fe-Cr固溶体、Al-Ni固溶体和富Cu固溶体组成,随着退火温度的升高,BCC结构较强,FCC结构较弱。在400 ℃退火下合金具有最正的自腐蚀电位(-0.584 V)和最低的自腐蚀电流密度(0.6618 μA·cm^-2),在600 ℃和800 ℃退火条件下,阻抗图谱中出现了明显的扩散效应,导致了合金耐蚀性降低。     

钨表面WTaTiVCr高熵合金层的组织与性能

使用双辉等离子体渗金属技术,通过调整渗金属温度在钨表面制备了WTaTiVCr高熵合金层,使用扫描电镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、显微硬度计、往复摩擦试验和电化学腐蚀试验等对其组织成分、力学性能、耐磨性和耐蚀性等进行了分析。结果表明:当渗金属温度为1150 ℃、源极与阴极电压差为400 V时,可以得到含有扩散层、沉积层的复合渗金属层,其中扩散层区域各元素的原子分数为W_0.38Ta_0.14Ti_0.2V_0.2Cr_0.08,相结构为单相BCC结构,符合高熵合金层的相结构与元素组成规律。同时其表面硬度由于受到固溶强化、晶格畸变等强化机理,与纯钨相比有很大的提升,达到1300 HV0.2以上。另外,该渗金属层的平均摩擦因数为0.447,磨损率为3.43×10^-8 mm³/(N·mm),腐蚀速率为3.87 mg/(m²·h),具备一定的耐磨性和耐蚀性。综合以上结果,通过双辉技术在钨表面制备的WTaTiVCr高熵合金层可以有效提高W基体的力学性能和耐腐蚀性能。     

退火处理对激光熔覆FeCoCrNiB/SiC高熵合金涂层组织与性能的影响

采用激光熔敷技术在45号钢表面制备不同SiC含量的FeCoCrNiB/SiC高熵合金涂层。研究退火温度对FeCoCrNiB/SiC涂层组织结构、硬度和耐磨性的影响。结果表明：未加SiC时,涂层由简单FCC固溶体和柳叶状Cr2B相组成。加入SiC后涂层中基体仍然为简单FCC固溶体,但基体内部出现了条状碳化物M7C3和方块状硼化物Fe2B。随着SiC添加量的增加,FeCoCrNiB/SiC涂层析出碳化物和硼化物颗粒尺寸显著变小,碳化物含量逐渐增多,涂层硬度和耐磨损性显著提高。FeCoCrNiB/SiC涂层经过高温退火后相结构较稳定,但组织有一定程度的粗化。添加10wt%SiC的涂层在900 ℃高温退火后硬度下降仅4 %,具有良好的抗高温软化特性。添加SiC颗粒改变了FeCoCrNiB涂层的磨损机制,抑制了涂层的氧化磨损。FeCoCrNiB/SiC涂层经900 ℃高温退火后仍保持良好的耐磨损性能。     

高熵合金涂层的研究进展

高熵合金涂层在工程实际应用中较传统合金具有良好的前景,对近年来高熵合金涂层的研究进展进行了概述。首先对制备高熵合金涂层的表面熔覆技术进行详细的介绍,其中包括激光熔覆技术、等离子熔覆技术、氩弧熔覆技术,分析了各表面熔覆技术的优缺点;然后总结了高熵合金涂层的组织及性能特征,涂层中相的组成包括:固溶体相、金属间化合物、纳米析出相、非晶相;性能上,高熵合金涂层由于各种效应的作用,具有高强度及硬度、优异的耐磨性、良好的耐腐蚀性及高温抗氧化性等一系列优异的性能;而后进一步分析了表面熔覆技术工艺参数对高熵合金涂层质量的影响规律、合金元素对高熵合金涂层性能的影响及热处理对高熵合金涂层相组织演变的影响;最后对高熵合金涂层的应用前景及其未来的研究方向进行展望。     

轧制变形对高熵合金微观组织和力学性能的影响

对(FeNi)₆₇Cr₁₅Mn₁₀Al₅Ti₃高熵合金进行退火、冷轧和热轧+冷轧等工艺处理,采用X射线衍射仪、扫描电镜和万能试验机分别对合金进行物相组成、组织形貌以及力学性能测试和表征。结果表明,铸态和退火态的非等主元(FeNi)₆₇Cr₁₅Mn₁₀Al₅Ti₃高熵合金更易形成单相固溶体;在中等变形的热轧+冷轧工艺下,合金形成FCC+BCC的双相固溶体,其屈服强度可提高到460.0 MPa;在中等变形的冷轧工艺下,合金会形成细小的金属间化合物,从而具有细小金属间化合物强化机制,使屈服强度显著提升并达到722.0 MPa,同时,合金仍具有约25.7%的均匀伸长率,综合力学性能最佳。     

Hf含量对NbMo0.5HfxTiZrCrAl难熔高熵合金组织及力学性能的影响

采用真空非自耗电弧熔炼的方法制备了5种名义成分为NbMo0.5HfxTiZrCrAl(x=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1, at.%)的难熔高熵合金。研究了Hf对合金组织及力学性能的影响规律。结果表明：添加Hf和不添加Hf的合金的微观组织均由两种BCC相（即BCC1和BCC2）和Laves相构成。在未添加Hf的合金中,BCC1相中主要富含Zr、Cr和Al元素,BCC2相中主要富含Nb、Ti和Mo元素。而在添加Hf的合金中,BCC1相中主要富含Hf、Zr、Cr、Mo和Al元素,BCC2相中主要富含Nb和Ti元素。随着Hf含量的增加,BCC1相的含量逐渐增加,且BCC1和BCC2相的晶格常数均有所增大。此外,随着Hf含量的增加,合金的硬度和脆性均逐渐增加,而合金在1200 ℃的抗压强度逐渐降低。     

热处理对Al0.5 CoCrFeNi高熵合金钎焊接头组织及性能的影响

采用TiZrCuNi钎料对Al_0.5CoCrFeNi高熵合金进行钎焊连接后对其进行退火处理,研究了800 ℃下不同退火时间对钎焊接头微观组织和力学性能的影响。通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析了钎焊接头微观组织及相组成,利用万能试验机测定了热处理前后试样的剪切性能。结果表明,钎焊接头的典型微观组织分为焊缝区、熔合区和热影响区3部分,焊缝区的组织主要为高熵合金相和BCC结构的FeCr基固溶体;随着退火保温时间的延长,钎焊接头焊缝区灰色相中逐步析出细小的黑色相,对接头起到了一定的弥散强化作用,微观组织更为均匀细小,钎焊接头的剪切强度由未经退火处理的554.8 MPa增加到退火12 h后的581.1 MPa。     

Cr含量对CrxMoNbTiZr系高熵合金组织与性能的影响

采用真空电弧熔炼的方法制备了Cr_xMoNbTiZr系高熵合金(x=0, 0.5, 1, 1.5)。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计以及电化学工作站研究了Cr含量对该高熵合金结构、组织、硬度和耐蚀性能的影响。结果表明,Cr的添加使合金由单相BCC结构转变为富Zr相与富Mo-Nb相的双相BCC结构,随着Cr含量增加,在富Zr相中还有富Cr的Laves相析出;Cr_1.5MoNbTiZr合金具有最高硬度765.53 HV,这是由于第二相析出强化、固溶强化与高熵合金晶格畸变的共同作用;Cr的加入增加了Cr_xMoNbTiZr系高熵合金在质量分数为3.5%NaCl溶液中发生腐蚀倾向,但降低了该系高熵合金的腐蚀速率,同时发现Cr的添加存在一个临界值来保证合金的抗点蚀能力,超过这个临界值合金就会更容易发生点蚀现象。